[实用新型]新型回流式微混合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微系统领域，尤其是一种微混合器。

背景技术

微流控芯片技术将生物化学实验室搬到了微米到毫米级的薄片上。由于其体积小，减少了原有复杂的实验操作和人员的参与，用微通道和储液池代替实验台上的试管和烧杯，节省了反应原材料，适合昂贵的药品和有毒性试剂的实验。由于参与实验的试剂量很少，不但提高了反应的效率，加快了传热，增强了实验的安全性。但微米级别的结构导致了流体的面积与体积比大大增加，使流体产生区别于宏观流体的特殊特性，如层流效应导致流体分层流动，不利于微流体的混合。

微混合是发生反应前的必经阶段，混合效果好可以提高反应效率混合效果差时会影响实验的正常进行。在微米级别下，流体只能通过分子扩散进行混合，完全混合时需要较长时间，背离了芯片实验室高效、便利的初衷。在宏观化工反应器中常用的加速混合方法是通过回流装置，延长流体在反应器中的时间，让反应更加充分。这种方法应用到微混合器中也同样适用，但现有的回流微混合器存在的技术缺陷：回流效率低、混合效率低。论文《Design and characterization of a passive recycle micromixer》中给出的一种回流混合器，在深度为150μm时，当入口流量为0.05ml/min(Re≈7)时，几乎无回流，在0.1ml/min(Re≈14)时，有很少的回流量，直到达到0.2ml/min(Re≈28)和0.3ml/min(Re≈42)回流量可达到2％和3％。针对雷诺数为7，14，28，42单个微混合器混合的效率分别为30.3％，53.6％，70.4％，78.6％，效果不太理想。

发明内容

为了克服现有的回流型微混合器回流率不高、混合效率较低的不足，本实用新型提供一种提高混合效率的新型回流式微混合器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型回流式微混合器，包括混合腔，所述混合腔分别与入口通道和出口通道连通，所述入口通道为至少两个，至少两个入口通道分别与初步混合通道连通，所述初步混合通道呈射流结构，所述初步混合通道与混合腔的入口连通，所述混合腔入口两侧均设置椭圆环形反馈通道，所述椭圆环形反馈通道的一端与混合腔的上部连通，所述椭圆环形反馈通道的另一端与混合腔的下部连通，所述混合腔的下端的出口与所述出口通道连通。

进一步，所述椭圆环形反馈通道两端与混合腔的连通处的宽度大于所述椭圆环形反馈通道的宽度。

再进一步，所述椭圆环形反馈通道呈椭圆环，且所述椭圆环呈倾斜设置，倾斜角为15～30°。

所述混合腔的下部的中央设有椭圆形阻挡，所述反馈通道的另一端位于所述椭圆形阻挡的中下侧，所述出口位于所述椭圆形阻挡的正下方。

所述初步混合通道的宽度0.02mm，长度0.15mm；所述椭圆环的倾斜角度为20°，椭圆环形反馈通道宽度是0.033mm，椭圆环的内环横向半径0.1mm，纵向半径0.2mm，椭圆环的外环横向半径0.15mm，纵向半径0.15mm；所述出口通道的宽度0.02mm。

本实用新型的技术构思为：根据流体的性质，增加流体间接触面积、碰撞、对流、涡流都可以强化扩散，改变微混合器的结构和几何形状有助于强化扩散、充分混合。本实用新型利用流体的康达效应，使流体依附在弧形的管道壁形成从下至上的回流。一部分流体经中间初步混合之后，流向两侧反馈回去进行二次混合，这样不断回流、反馈，增加了流体混合的长度，有效地提高了混合效率。

在微观尺度下，流体的康达效应仍起作用，本实用新型对康达效应的利用体现在两个层次上，第一，当流体通过初步混合通道连通进入混合腔时，由康达效应射流方向将偏向混合腔壁的一侧，同时也将引起该侧回流量大于另一侧回流量，所以在回流推动下，射流将偏向另一侧，进而造成另一侧回流量增大，射流又偏回原来一侧，形成振荡，循环往复，提高流体混合效果；第二，椭圆环形反馈通道本身的曲线利用了康达效应，增强回流，是回流量较其他回流混合器大幅提高。利用流体的这种性质，我们设计了一种新型的回流式微混合器，通过多次混合和碰撞微通道中的流体更加充分混合，在有限的空间内实现多次混合增加了混合长度，进而提高混合的效率。